[能源/化工]化工工艺设计第6章填料精馏塔的工艺设计.ppt
规整填料塔设计计算1、塔径计算金属板波纹填料（图4-1）是由瑞士公司首先发明的，1977年公开报道的金属板波纹填料，采用厚度0.2mm的各种金属板制成，板上冲有4mm的小孔，开孔率约为12.6%；美国公司80年代开发的板波纹填料（King），其板面有穿孔板和特殊纹理，以增加有效传质表面积；美国Grich公司开发的Jim （）波纹填料，在波纹片上开有直径约5mm的小孔和数条长5mm的缝，增强了润湿性能，并可形成双向渗透，增加传质面积；德国Montz公司开发的该型填料，采用0.2mm薄钢板制成，表面有特殊纹理，波纹为圆弧形； 库尼公司、美国公司等相继推出各种板式波纹填料，在此不一一列出。国外主要生产金属板波纹填料的公司及填料的规格型号见表4-2。我国生产的金属板波纹填料规格型号较多，但其基本几何形状和性能与聚氯乙烯相似。我国于1977年开发研究成功压延冲孔板式波纹填料。即先在金属板上滚出密度较小的0.4～0.5mm的小冲孔，然后将多冲孔板压成波纹状。它与金属板波纹填料的主要区别是金属板上没有冲的小孔。
分离能力与网纹填料相近，但抗堵塞能力强于网纹填料，价格相对便宜。按峰高分为4.5型、6.3型、10型；按比表面积分为250Y型、500X型、700Y型。规整填料的性能曲线与气体动能因子F有关，F因子的表达式为：——塔内径，m；T——温度，K；M——分子量，kg/kmol；P——压力，10Pa。（6-1）F因子与Cs因子的关系：由于液泛点定义不明确，不易确定，因此，对于规整填料，常用填料每米压力降作为极限载荷，它比液泛点约低5%~10%，设计载荷通常取极限载荷的75%~80%。 计算流动参数FP： （6-3）——干态填料系数，m-1——液相粘度，mPa•s 表6-1 不同填料的A值 金属板波纹（250Y型） 0.29 1CY型 金属丝网波纹 0.30 轧制孔板波纹 4.5 0.35 轧制孔板波纹 6.3 0.49 实际气速为泛点气速的68%~75%，=（0.68~0.75）uGf（6-6） 2.填料压力降 填料型号 填料系数/m-'（金属） 125Y3.-（塑料） 250Y3.-（丝网） CY3.. 表4-4 规则填料的实验填料系数/mPa/m 250Y型填料每理论级压力降为30~100Pa。 当泛点为70%~80%时，填料压力降约为200Pa/m。
3、填料容液能力4、塔效率250Y型填料每米可达2.5个理论板，塔板高HETP约0.3~0.5m，常压下约为0.28m。5、计算举例：某用于分离苯和甲苯混合物的精馏塔，进料含苯40%（摩尔分数），甲苯60%（摩尔分数），进料为饱和液相状态（q=1）。塔两端同时产出产品，要求纯度为99%（摩尔分数）。常压操作，回流比R=2.5。塔进料流量为10t/h，平均相对挥发度a=2.48。采用250Y型金属板波纹填料，计算塔内径、精馏段和提馏段填料层高度、填料层压降。 根据以上条件可得物料衡算：塔底产品体积B=69./h=10.0/h；=804.0kg/m3，pc=2.7kg/m3=161./h=10.0/h；=161./h=10.0/h；=161./h=10.0/h；=115./h=10.0/h；=115.18+115.74=230./h=10.0/h；=230./h=10.0/h。提馏段液相负荷大于精馏段液相负荷，故塔直径按提馏段计算，计算流量参数设计值为Cs=0.8Cmax=0.230FP。 塔的截面积按公式（8-3）计算：塔内径：利用公式可分别计算出精馏段和提馏段所需的理论级数：对于精馏段250Y填料，由性能曲线可查明，当F=1.89时，每米填料的等效理论级数为NTSM=2.8。因此，精馏段和提馏段的填料层高度分别为：精馏段Zfine=(nt)fine/(NTSM)fine=8.82/2.8=3.15m。实际工程中，考虑到制造、安装等各方面因素，上述计算的填料层高度应留有适当的余量。
图8-8b中的压降曲线适用于0.8L/V1.2范围，本例中液气比为： 蒸馏段（L/V）精馏=115.18/161.25=0.71 蒸馏段（L/V）汽提=230.92/161.25=1.42 图8-8b中的压降曲线是在全回流条件下制作的，因此液体负荷l可由公式（8-8）得出如下结果： 表8-9列出了曲线的试验介质及平均密度。 对于蒸馏段，平均F因子为： 而提馏段的平均F因子为： 对于蒸馏段F=1.69，可由公式（8-11）和图8-7（b）得到液相负荷与压降如下： 当l=12.36时P/z=0.12kPa/m；当10kPa时，P/z=0.09kPa/m；kg//h18折算为蒸馏段平均液相负荷： 蒸馏段填料阻力采用线性插值法计算： 同样，对于提馏段F=1.83，可得到液相负荷与压降如下： 当l=0.16kPa/m；当10kPa时，l=4.39mP/z=0.10kPa/m；kg//因此蒸馏段和提馏段的压降均为： 蒸馏段：Prect=0.113.15=0.35kPa汽提段：=0.23.14=0.63kPa